实验4进程间通信：管道

一、 实验目的

1.了解 UNIX 管道的相关函数。 2.了解UNIX 管道的建立与使用。 3.能编写简单管道程序。 二、 实验预备知识 1.什么是管道

我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”。我们通常是把一个进程的输出连接或“管接”（经过管道来连接）到另一个进程的输入。

2.进程管道

(1)popen函数

popen函数允许一个程序把另外一个程序当做一个新的进程来启动，并能对它发送数据或者接收数据。

格式：#include File *popen()表示这个函数的返回值类型FILE *popen(“command”,”open_mode”) 为文件指针。 其中，command参数是待操作的命令 当操作不成功时，返回值为空指针 open_mode参数的值有r和w两种：

r为读操作，表示是读入command参数提供的命令执行结果后，输出。

w为写操作，表示是向command参数提供的命令进行写操作，即为其提供输入信息，然后将这个命令的执行结果输出。有向命令提供输入信息时，使用的是fwrite函数，其格式：fwrite(信息源，信息源类型长度，信息源的长度，写入对象)。如：想把buffer这个已定义的数组变量中的信息写入popen函数，作为popen函数中command参数提供的命令的输入信息，且buffer为字符型数组，则可表示为：首先，将popen函数的结果赋给一个变量write_fp：

write_fp=popen(“od –c”, “w”);

然后，用fwrite函数指定popen的写操作的信息来源：

fwrite(buffer, sizeof(char) , strlen(buffer),write_fp); (2)pclose函数

格式：#include

int pclose(文件指针)

功能：当用popen启动的命令完成了操作的时候，我们可用pclose关闭与之关联的文件流。Pclose调用只有在popen启动的进程结束之后才能返回。如果在调用pclose的时候它仍在运行，pclose将等待该进程的结束。

如：上例中已将od –c命令运行。现要结束该命令，则用： pclose(write_fp); (3)pipe函数

通过它在两个程序之间传递数据时不需要启动一个shell来解释给定的命令，降低了程序的运行成本；我们对数据读、写操作的控制也加强了。

格式：#include

int pipe(int file_descriptor[2]);

功能：int file_descriptor[2]是一个由两个整数类型的文件描述符组成的数组（的指针）。它在数组里填上两个新的文件描述符后返回0。如果操作失败，则返回-1，并设置errno指示失败的原因。

那两个返回的文件描述符通过一种特殊的方式连接起来。写到

file_descriptor[1]（即管道描述符[1]）的所有数据都可按照先进先出的顺序从file_descriptor[0] （即管道描述符[0]）读出来。

将信息写入管道：write(管道写入端口，要写入的信息，信息长度); 其返回值是写入信息的长度。 将管道中信息读出：read(管道读出端口，信息读出后存放地址，信息长度); 其返回值是读出信息的长度。

(4)fork函数 （此为实验七的内容） 格式：pid_t fork();

功能：创建一个新进程。若创建成功，会返回进程号；否则返回-1。 如：创建新进程

fork_result=fork(); 判断创建是否成功： if (fork_result==-1){ „„ ｝

判断是否在子进程： if (fork_result==0){ „„ }

还是在父进程： else { „„ }

三、 实验内容

1. 在UNIX中编写c语言程序。 2. 管道函数的使用。 3. 管道的建立。

4. 通过创建新进程来实现管道。（此为实验七的内容） od它可把用户从键盘输入的字符串（包括控制四、 命令是一个八进制输出程序。实验步骤 1. 字符：回车换行）转换成单个字符后在屏幕上输出。如：用popen和pclose函数建立一个管道 od –c 就是将用户输入的信息在屏幕上输出：一行16个字符。 (1) 新建一个C语言程序：a1.c $vi a1.c

程序目的：把数据经管道送往另一个程序 （该程序我们选用od命令） 文件a1.c的内容： #include

头文件 #include

其中，stdil.h文件提供了一个常数BUFSIZ，用于#include

指定的缓冲区长度

int main() 定义一个文件指针，以接收popen函数的值 {

定义一个数组(其实就是在内存中开辟一个缓冲区),用于存FILE *write_fp;

放要输出的数据 char buffer[BUFSIZ+1]; 若od –c执行成功 sprintf(buffer, “Once upon a time, there was …\\n”); 将Once upon a time, tere was …\\n入缓冲区 write_fp=popen(“od –c”, “w”); 执行od –c命令，并改变其输入 if(write_fp!=NULL) {

fwrite(buffer,sizeof(char),strlen(buffer),write_fp); 指定buffer缓冲区中的值为od –c的输入 pclose(write_fp); exit(EXIT_SUCCESS); 结束文件流 }

管道操作成功，退出 exit(EXIT_FAILURE); 管道操作失败，退出 }

保存退出$wq

(2) 用gcc命令将文件编译链接，生成目标文件a1.out $gcc –o a1.out a1.c

(3) 运行目标文件a1.out $./a1.out

查看运行结果，并将其记录到实验报告中。 2. 用pipe函数建立一个管道

(1) 新建一个C语言程序a2.c $vi a2.c 程序目的：用pipe函数建立一个管道。其中，从file_pipes[1]端口将some_data数组中的信息写入管道，从file_pipes[0]端口读出管道中的信息。 a2.c文件内容： #include #include #include #include 定义一个变量，用于接收write()和read()函数的值

int main() {

定义一个数组，用于做管道描述符 int data_processed; int file_pipes[2]; 定义一个数组，用于保存向管道中写入的信息 const char some_data[]=“123”; 在内存中开辟出一个缓冲区给buffer，建立管道 char buffer[BUFSIZ+1]; 定义一个数组buffer(用于保存从管道取出的信息)

memset(buffer,’\\0’,sizeof(buffer)); 将some_data中的值写入管道 若管道创建成功 if(pipe(file_pipes)==0) {

data_processed=write(file_pipes[1],some_data,strlen(some_data)); printf(“Wrote %d bytes\\n”, data_processed); 输出写入管道的信息长度 data_processed=read(file_pipes[0],buffer,BUFSIZ); printf(“Read %d bytes: %s\\n”, data_processed,buffer); 将管道中的信息读出到buffer中 exit(EXIT_SUCCESS); 退出，操作成功 输出从管道中读出的信息 }

exit(EXIT_FAILURE); }

退出，操作失败 保存退出$wq

(2) 用gcc命令将文件编译链接，生成目标文件a2.out $gcc –o a2.out a2.c

(3) 运行目标文件a2.out $./a2.out

查看运行结果，并将其记录到实验报告中。

3. 用fork函数创建管道 （此为实验七的内容）

(1) 新建一个C语言程序a3.c $vi a3.c

程序目的：先在内存中开辟出一段缓冲区，建立一个管道。再用fork函数创建一个新进程。若在子进程中，就读出管道中的信息；若在父进程中，就向管道写入信息。 a2.c文件内容： #include #include #include #include

int main()

定义一个变量，用于接收write()和read()函数的值 {

int data_processed; 定义一个数组，用于做管道描述符 定义一个变量， int file_pipes[2]; 用于存放fork()函 const char some_data[]=“123”; 定义一个数组，用于保存向管道中写入的信息 数返回的进程号 char buffer[BUFSIZ+1]; 定义一个数组buffer(用于保存从管道取出的信息) pid_t fork_result;

memset(buffer,’\\0’,sizeof(buffer));

在内存中开辟出一个缓冲区给buffer，建立管道

若管道创建成功 if(pipe(file_pipes)==0) {

创建一个新进程 fork_result=fork(); if(fork_result= =-1) { 若进程创建失败 fprintf(stderr, “Fork failure”); exit(EXIT_FAILURE); 返回，操作失败 }

我们对fork的工作情况已经比较了解了，所以如果fork_result等于0，就说明我们是在子进程里，如下所示：

if(fork_result==0) {

data_processed=read(file_pipes[0],buffer,BUFSIZ);

printf(“Read %d bytes: %s\\n”, data_processed,buffer); 将管道中的信息读出到buffer中 exit(EXIT_SUCCESS); 输出从管道中读出的信息 退出，操作成功 }

否则，我们就是在父进程里，如下所示：

将some_data中的信息写入管道 }

保存退出$wq

(2) 用gcc命令将文件编译链接，生成目标文件a2.out $gcc –o a2.out a2.c

(3) 运行目标文件a2.out $./a2.out

查看运行结果，并将其记录到实验报告中。

各部分时间安排：（共100分钟） 1. 上传、下载 (共10分钟) 2. 预备知识的学习(20分钟) 3. 动手实验

(1) 程序解读(各15分钟)

(2) 登录后录入程序 (各10分钟)，建议手动录入，以便熟练掌握。 (3) 调试，记录运行结果并思考调试中出错的原因(各5分钟)

剩余10分钟用作延时(速度较慢的同学)

else {

data_processed=write(file_pipes[1],some_data,strlen(some_data)); printf(“Wrote %d bytes\\n”, data_processed);

输出写入管道的信息长度 }

exit(EXIT_SUCCESS); 退出，操作成功